MF-0514.R-1 - DETERMINAÇÃO DA UMIDADE DO GÁS, EM CHAMINÉS
Notas:
Aprovado pela Deliberação CECA n. 168, de 02 de abril de 1981
Publicado no DOERJ de 07 de abril de 1981
1.
OBJETIVO
Definir método para a determinação do teor de umidade nos gases de
exaustão de uma chaminé como parte integrante do Sistema de
Licenciamento de Atividades Poluidoras.
2.
MÉTODO E APLICAÇÃO
2.1
MÉTODO
Uma amostra do gás é extraída da chaminé, sendo a umidade removida,
condensada e determinada volumetricamente ou gravimetricamente.
2.2
APLICAÇÃO
Existem dois métodos para a determinação da umidade. Um é o de
referência, de determinação precisa, utilizado na fixação de fatores de
emissão. O outro, é um método aproximado e visa determinar o teor de
umidade para fixar fluxo de amostragem isocinética. Para este propósito,
várias técnicas podem ser usadas, técnicas de bulbo seco e úmido,
condensação, cálculos estequiométricos e outros.
Estes métodos não são aplicáveis a fluxos gasosos contendo gotas. Neste
caso, considerar o fluxo saturado. Determinar a temperatura média do gás
na chaminé de acordo com os MF-511 e 512, obtendo então a percentagem
de umidade. Utilizar:
a. uma carta psycométrica, fazendo-se as devidas correções no caso de
serem diferentes as pressões na chaminé e na carta.
b. uma tabela característica de pressão de vapor saturado.
3.
MÉTODOS DE REFERÊNCIA
O procedimento descrito no, MF-515 e aceitável também como um método
de referência.
3.1
APARELHAGEM
Na aparelhagem utilizada no método de referência (Figura 1) todos os
componentes devem ser mantidos e calibrados de acordo com os
procedimentos descritos no MF-515.
3.1.1 Sonda - aço inox ou tubo de vidro, suficientemente aquecido para evitar
condensação e equipado com filtro (aquecido no interior da chaminé ou
fora), visando à remoção de material particulado.
3.1.2 Condensador - qualquer sistema que, refrigerando a amostra, permita medir
a água condensada. A umidade que passa pelo condensador é
determinada gravimetricamente pela passagem do fluxo gasoso por um
tubo, previamente pesado, contendo sílica-gel mantida a uma temperatura
abaixo de 20 °C.
Caso o esquema descrito neste item seja o utilizado para determinar a
umidade do fluxo que deixa o condensador, a temperatura e a pressão
devem ser tomadas, após o tubo com sílica-gel.
3.1.3 Sistema de refrigeração recipiente com gelo ou equivalente, para permitir a
condensação da umidade.
3.1.4 Tubo "drying" - tubo contendo sílica-gel (6-16 mesh) ou equivalente, para
secar a amostra e proteger a bomba e o medidor de gás. Este tubo pode
ser uma parte integrante do sistema de refrigeração (item 3.1.3), neste caso
o tubo deverá ser imerso no banho do gelo e um termômetro deve ser
colocado na saída do sistema.
3.1.5 Equipamentos de Medições - vacuômetro; bomba livre de vazamentos;
termômetros, capazes de medir temperaturas com precisão de ± 3 ºC;
medidor de gás seco com precisão de ± 2%.
3.1.6 Barômetro - mercúrio ou outro, capaz de medir pressão atmosférica com
precisão de ± 2,5 mmHg. 3.1.7 Tubo de Pitot - tipo S ou equivalente, acoplado à sonda para permitir uma
monitoragem contínua da velocidade do gás na chaminé, possibilitando
uma regulagem proporcional da taxa de fluxo da análise.
3.1.8 Medidor de pressão diferencial - manômetro inclinado, capaz de medir
carga de velocidade com 10% do valor mínimo medido ou ± 0,013 mmH 2O.
Para pressão diferencial abaixo de 1,3 mm usar micromanômetro com
sensibilidade de 0,013 mm.
3.1.9 Medidor de temperatura - termopar, termômetro ou outro capaz de medir
temperatura com precisão de 1,5% da temperatura absoluta mínima da
chaminé.
3.1.10 Cilindro graduado e balança - para medir a água condensada e a umidade
absorvida na sílica-gel com precisão de ± 1 ml e ± 1 g.
3.1.11 Sílica-gel de 6-16 mesh - Caso tenha sido anteriormente utilizada, secar a
175 ºC por duas horas.
3.2
PROCEDIMENTO
O procedimento descrito é para o caso de um sistema de condensação
como sílica gel incorporada, com determinação gravimétrica da umidade
que deixa o condensador e análise volumétrica da umidade condensada.
3.2.1 Selecionar o local de amostragem e o número mínimo de pontos de acordo,
com o MF-511. Determinar a faixa de carga de velocidade de acordo com o
MF-512 com a finalidade de se calcular a taxa de amostragem. Selecionar
uma carga de velocidade que corresponda aproximadamente a uma vazão
de 0,014 m3/min. Selecionar a sonda conveniente para que todos os pontos
possam ser analisados. Pesar a sílica gel com aproximação de 0,5g.
3.2.2 Selecionar o tempo total de amostragem, não menor do que 1 hora, de tal
modo que o volume total do gás amostrado seja no mínimo de 0,6 m3 nas
condições padronizadas e que o tempo em cada ponto na seção
transversal não seja menor que 2 min.
3.2.3 Montar um conjunto como mostra a figura 1. Aquecer 2 sonda a uma
temperatura de aproximadamente 120 ºC, a fim de prevenir a condensação
e aguardar até estabilizar. Colocar o gelo e verificar se existe vazamento no
sistema.
3.2.4 Durante a amostragem manter a taxa de fluxo não variando mais que 20%
do fluxo calculado. Para cada corrida, anotar no formulário da figura 2, os
dados necessários aos cálculos.
3.2.5 Para iniciar a amostragem, colocar a sonda no primeiro ponto transverso.
Ligar a bomba imediatamente e ajustar a taxa de fluxo. Adicionar gelo ao
banho e caso necessário, juntar sal a fim de manter a temperatura inferior a
20 ºC na saída do tubo de sílica gel, para editar perda de unidade.
3.2.6 Após coleta da amostra, medir o aumento de volume do líquido nos
borbulhadores com aproximação de 1 ml. Determinar o aumento de peso
no tubo de sílica gel com aproximação de 0,5 g. Registrar esses dados nos
formulário da Figura 3 e efetuar os cálculos para determinação do teor de
umidade. O volume inicial de água em cada borbulhador deve ser de
aproximadamente 20%, de sua capacidade.
COMPRIMENTO DA SONDA
_____________________________
TEMPERATURA AMBIENTE
_____________________________
PRESSÃO BAROMÉTRICA
_____________________________
ESQUEMA DA SEÇÃO
TRANSVERSAL
PONTO
TEMPO DE
TEMPERATURA
TRANSVERSO AMOSTAGEM NA CHAMINÉ
o
NÚMERO
min
C
TOTAL
MÉDIA
CARGA DE
VELOCIDADE
mm H2O
PRESSÃO
DIF. NO
MEDIDOR
mm H2O
VOLUME DE
GÁS
AMOSTRADO m3
TEMPERATURA DO
MEDIDOR DE GÁS
SECO, DO GÁS
AMOSTRADO
ENTRADA
SAÍDA
( Tm) in O ( Tm) out
O
C
C
MÉDIA MÉDIA
MÉDIA
FIGURA 2 - DADOS PARA DETERMINAÇÃO DA UMIDADE – MÉTODO DE
REFERÊNCIA.
TEMPERATU
DO GÁS QU
DEIXA O
CONDENSAD
O
C
BORBULHADOR
VOLUME
ml
SÍLICA GEL
PESO
g
FINAL
INICIAL
DIFERENÇA
FIGURA 3 - DADOS ANALÍTICOS - MÉTODO DE REFERÊNCIA
3.3
CÁLCULOS
3.3.1 Volume de Vapor d'água condensado:
Vwc (std) =
(V f
Vi )
std
= K Vf
w
RTstd
PM w
Vi
onde K = 0,00134 m3/mL para o sistema métrico.
3.3.2 Volume de Vapor d’água coletada na sílica gel:
Vwg(std) =
(W f
Wi ) RTstd
Pstd PM w
= K Wf
Wi
onde K = 0,00134 m3/g para o sistema métrico.
3.3.3 Volume de Gás:
Vstd = Vm
= K
(
(
)(Tstd )
std )(Tm )
m
Vm Pm
Tm
onde K = 0,3855 ºK/mm Hg para o sistema métrico.
3.3.4 Teor de Umidade nas condições padronizadas:
Bw( std )
Vwc( std )
Vwg ( std )
Vwc( std ) Vwg ( std )
V( std )
3.3.5 Simbologia
Bw = teor de umidade, proporção por volume;
PM w = peso molecular da água, 18 g/g-mol;
Pm = pressão absoluta (para este método, pressão barométrica) no
medidor de gás seco, mm Hg;
Pstd = pressão absoluta padrão, 760 mm Hg;
R = constante universal dos gases
R = 0,06236 (mm Hg).(m3)/(g-mol)(ºK) para o sistema métrico
Tm = temperatura absoluta no medidor, °K
Tstd = temperatura padrão absoluta, 293 ºK
Vm = volume do gás seco medido pelo medidor de gás, m3.
V(std) = volume de gás seco medido, corrigido para as condições padrões,
m3 .
Vwc(std) = volume de vapor d'água condensada, corrigido para as condições
padrões, m3.
Vwg(std) = volume de vapor disque coletado na sílica gel, corrigido para as
condições padrões, m3.
Vf = volume final do líquido no condensador, ml.
Vi = volume inicial do líquido no condensador, ml.
Wf = peso final do tubo de sílica gel, g.
Wi = peso inicial do tubo de sílica gel, g.
w
4.
= densidade da água, 1 g/ml.
MÉTODO APROXIMADO
O método aproximado deve ser utilizado somente com a aprovação da
FEEMA.
4.1
APARELHAGEM
4.1.1 Sonda de aço inox ou tubo de vidro suficientemente aquecido para evitar
condensação e equipado com um filtro para remover material particulado.
4.1.2 Dois tubos borbulhadores com capacidade para 30 ml cada.
4.1.3 Banho de gelo para permitir a condensação do vapor d'água do gás da
chaminé nos borbulhadores.
4.1.4 Tubo com sílica gel de 6-16 mesh, para secar o gás que sai do
condensador e proteger os medidores e a bomba.
4.1.5 Válvula de agulha, para regular o fluxo na taxa desejada.
4.1.6 Bomba de diafragma ou similar, livre de vazamento, para succionar o gás.
4.1.7 Medidor de volume de gás seco, para medir o volume da amostra com
precisão de ± 2%.
4.1.8 Medidor de fluxo tipo rotâmetro, para medir fluxos na faixa de 0-3 l/min.
4.19
Cilindro graduado - 25 ml.
4.1.10 Barômetro para medir pressão atmosférica com precisão de ± 2,5 mm Hg.
4.1.11 Medidor de vácuo para medir pelo menos 760 mm Hg, para ser usado
como indicador de vazamentos.
4.2
PROCEDIMENTOS
4.2.1 Colocar exatamente 5 ml de água destilada em cada um dos
borbulhadores. Montar a aparelhagem mostrada na figura 4 sem a sonda.
Verificar vazamentos colocando o medidor de vácuo na entrada do primeiro
borbulhador e fazer vácuo no sistema de pelo menos 250 mmHg. Fechar a
saída do rotâmetro e em seguida desligar a bomba. O vácuo deve
permanecer constante pelo menos um minuto. A fim de quebrar o vácuo,
afrouxar cuidadosamente o medidor de vácuo antes de afrouxar a saída do
rotâmetro.
4.2.2 Conectar a sonda e coletor amostra a uma taxa constante de 2 l/min.
Continuar a amostragem até que o medidor de gás seco registre cerca de
30 litros ou até que gotas de líquidos comecem a passar do primeiro para o
segundo borbulhados. Registrar a temperatura, a pressão e a leitura no
medidor de gás seco, anotando no formulário da Figura 5.
4.2.3 Após coleta da amostra, combinar o conteúdo dos dois borbulhadores e
medir o volume com aproximação de 0,5 ml.
PRESSÃO
BAROMÉTRICA
TEMPO
__________________
VOLUME DE GÁS
QUE PASSA PELO
MEDIDOR
m3
TAXA DE
FLUXO
m3/min
TEMEPERATURA
DO MEDIDOR
°C
FIGURA – 5 - DADOS PARA DETERMINAÇÃO DA UMIDADE
4.3
CÁLCULOS
Os cálculos apresentados são para simples estimativa do teor de umidade
do gás da chaminé.
4.3.1 Volume de vapor d'água coletado:
Vwc std =
(V f
Vi )
w
RTstd
Pstd PM
Vwc std = K (V f
Vi )
onde:
K = 0,00134 m
/ml para o sistema métrico.
4.3.2 Volume de Gás.
Vstd
V
P Tstd
Pstd T
Vstd
K
VP
T
onde:
K = 0,3855 ºK/mm Hg para o sistema métrico.
4.3.3 Teor aproximado de umidade
Bw
Vwc std
Vwc std Vstd
Bwm
Bw
Vwc std
Vwc std Vstd
0,025
4.3.4 Simbologia
Bwm = Vapor d'água que deixa o borbulhador, valor aproximado, 0,025
proporção por volume.
Bw = Vapor d'água no fluxo gasoso, proporção por volume.
PM = Peso molecular da água, 18 g/g-mol.
P = Pressão absoluta (para este método é a pressão barométrica) no
medidor de gás seco, mm Hg.
R = Constante Universal dos gases:
0,06236 (mmHg) (m3)/(g-mol) (ºK) para o sistema métrico.
T = Temperatura absoluta no medidor, ºK
Tstd = Temperatura padrão absoluta, 293 ºK.
Vf = Volume final do líquido nos borbulhadores, ml.
Vi = Volume inicial do líquido nos borbulhadores, ml.
V = volume de gás seco medido no medidor de gás seco, m3.
Vstd = volume de gás seco, medido no medidor de gás seco, corrigido para
as condições padrões, m3.
Vwcstd = volume de vapor d’água coletado nos borbulhadores, corrigido
para as condições padrões, m3.
w
5.
= densidade da água, 1 g/ml
BIBLIOGRAFIA
MESQUITA, ARMANDO L.S. et alii. Amostragem em Chaminé: São Paulo,
CETESB, 1977. 78 p.
EPA - ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY. Industrial guide for air
pollution control. Washington D.C., 1978. 1 v.
FEDERAL REGISTER. Washington D. C., 41 (111) : 23060 - 76 Jun, 8,
1976.